Dongguan TianSheng Adhesive Tape Products Factory
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天盛膠帶-專業(yè)膠帶生產廠家 
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| 談談壓敏膠粘帶初粘性的測試
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膠粘劑的初粘性,尤其是壓敏膠粘帶的初粘性能,對壓敏膠粘帶的實用性能關系頗大。 用現(xiàn)行國標為代表的斜面滾球法測試壓敏膠粘帶的初粘性,可以對膠粘帶生產的質量控制起到很好的作用,但用它直接探索膠粘劑的初粘性是有缺陷的 。本文分析了其中的原因,介紹了幾種國外新的壓敏膠粘帶初粘性測試儀器,并提出了對初粘性國標將來修訂時的改進建議。 關鍵詞：初粘性,斜面滾球法測試,壓敏膠粘帶 引 言 常常聽到有人問起這樣的問題:壓敏膠粘帶初粘性試驗結果的鋼球號是究竟代表了什么? 用這種鋼球號代表的相對試驗結果是否圓滿? 本文從初粘性的概念和試驗方法的研究出發(fā), 進行了探索 。 初粘性的概念 初粘性是膠粘劑的一種性質,它能使膠粘劑和被粘物接觸后,在低壓下立即形成強度可測的膠接 。 膠粘劑初粘性的好壞,對某些應用來說,有很重要的實際意義,如鞋用氯丁膠粘劑在制鞋工藝中,其初粘性能的好壞,對最終鞋子的膠粘質量有很大的關系。 壓敏膠粘帶的初粘性能對壓敏膠粘帶的實用性尤為重要 。 初粘性的測試方法 膠粘劑初粘性的測試方法有好幾種,最簡單的一種,是將試片疊合加壓成試樣后,毋須停放,立即進行力學強度測定[1]。 對壓敏膠粘帶的初粘性測試也有幾種方法: (1) 斜面滾球法 。我國國家標準GB/T 4852-84[2]《壓敏膠粘帶初粘性測試方法(斜面滾球法)》就是參照了日本標準JISZ0237[3]中的第十二部分后予以制訂的,該方法的要點是:在一個坡度為30°的斜面上,其上端為100mm長的用聚酯薄膜鋪底的助滾段,緊接助滾段的是一段長100mm的以被測壓敏膠粘帶鋪底的測試段 。從助滾段上端,以靜止狀態(tài)向下滾一個直徑與質量一定的鋼球,看它在通過助滾段后能不能在測試段被粘住 。顯然大的鋼球不易被粘住。鋼球的直徑為1/32英寸～1英寸,共33種,組成一個系列 。初粘性的測試結果就以能在測試段被粘住的最大鋼球號表示 。 日本標準還強調[3],必要時斜面的傾斜角可以從20°至40°變化(當然試驗結果要注明) 。 (2) 斜槽滾球法,這是美國ASTMD3121標準[4]采用的方法 。 該方法采用一個與地面傾斜角為21°30′的斜槽,斜槽由兩塊交角為90°的平面拼成,膠粘帶貼合在斜槽中,沒有助滾段, 鋼球只有一種,其直徑為14/32英寸(11.1mm)。測量從靜止狀態(tài)向下滾動的鋼球停止?jié)L動時的位移量 。該位移量即為初粘性的測試值 。 (3) 旋轉鼓式初粘性測試儀 圖1是其示意圖,在一個直徑為114.3mm的旋轉鼓的外表面上貼了一層待測的雙面壓敏膠粘帶,用一對球軸承將一個滾動鋼球固定在軸上,由于軸被一對平行彈簧連接到一個負載傳感器上,因此該鋼球也可以說被連接到一個線性可變差示檢測器(LVDT)上,因此測試時作用于滾球中心的水平力可以被LVDT測知,該數(shù)據(jù)同時被數(shù)據(jù)記錄器儲存下來 。滾球的重力可以用一個螺旋式彈簧平衡,而加到壓敏膠粘帶表面的壓力,則可以裝在球上方盤子里的一個附加負載來設定,旋轉鼓的轉動速率由一個變速馬達來控制,整個儀器的參數(shù)見表1 。用這種方法測出 的是用力的單位表示的膠粘劑的初粘性(以某一種直徑的鋼球,在某一種旋轉滾動速率下,加上某一附加負載后的測試結果) 。  圖1 旋轉鼓式初粘性測試儀示意圖 表1 旋轉鼓式初粘性測試儀參數(shù)一覽表 ------------------------------------------------ 鋼球直徑,mm 11.1, 12.7, 15.9, 19.1, 22.3 滾動速率,m/s 0～1.0 彈簧強度,N/m 4.07×103 附加負載,N 0～19.6 ------------------------------------------------ (4) 球形探針式初粘性測試儀 圖2是示意圖,被測的壓敏膠粘帶膠粘面向外,固定在一對平行彈簧的自由端,作用在這個平行彈簧上的力,可以被固定在該平行彈簧另一端的線性可變差示檢測器(LVDT)測出,球形探針的直徑可變,整個儀器的參數(shù)見表2 。測試時,球形探針以某一速率(該參數(shù)在一定范圍內可調),某一壓力(此參數(shù)也在一定范圍內可調),向固定著的壓敏膠粘帶靠上去,接觸后使探針與固定著壓敏膠粘帶的那塊板一起向前運動一段距離,隨后球面探針以該速率逆向運動,直至探針最終脫離壓敏膠粘帶 。用這種方法測出的也是以力的單位表示的膠粘劑的初粘性(以某一 種直徑的探針,在某一速率下,加上某一附加力后的測試結果)。  圖2 球形探針式初粘性測試儀示意圖 表2 球形探針式初粘性測試儀參數(shù)一覽表 ------------------------------------------------ 探針直徑,mm 0.79,15.9,……25.4 檢測的彈簧強度,N/m 0.251～19.6×103 探針進退速率,m/s 2～18×10-3 ------------------------------------------------ 滾球運動分析 前面介紹的四種壓敏膠粘帶的初粘性測試方法都毫無例外地用到了滾球 。 下面我們對滾球的運動作一個分析。 外力作用于一個正在膠粘劑表面滾動的,半徑為r的球上的情形見圖3所示 。 膠粘劑作用于滾球,從而產生阻止球的滾動的滯阻作用力,主要由以下兩種力組成1作用于球與膠粘劑之間的粘合力,這也是通常一般意義上的初粘力;將膠粘劑從滾球前進道路中推開的反作用力 。  圖3 作用于滾球的外力和力矩 如果球以恒速在壓敏膠粘帶上滾動,則球的受阻力矩M,可以表達為膠粘力矩MA和將膠粘劑推開的反作用力矩MP的和,如下等式: M= MA+ MP (1) 這里 M= rF (2) MA= aFA (3) MP= fFP (4) 以上等式中F代表作用于球心的驅動力;FA代表總的膠粘力(即一般意義上的初粘力) 。FP 代表將膠粘劑從滾球前進道路上推開的反作用力;a和f則分別代表FA和FP的力臂 。由于FA和FP的存在,我們用斜面滾球法或斜槽滾球法測得的初粘力中包括了FP,兩者并不能區(qū)分,這也是為什么用這兩種測試方法, 對大多數(shù)壓敏膠粘帶的應用來說,其初粘性試驗結果往往與初粘性要求的用途,相關性較差的原因。因此弄清楚MP和MA之間的關系,對正確理解滾球初粘性試驗結果來說是重要的 。旋轉鼓式初粘性測試儀和球形探針式初粘性測試儀近年的誕生就 是為了彌補前面兩種測試方法的不足而設計的 。 在球形探針式初粘性測試儀中,FA與FP存在著近似的線性關系, 即: FA= C0+ CAFp (5) 這里C0 、C1 均為需實驗測定的常數(shù)。 將(3) 、(4) 、(5) 式代入(1) , 則總的受阻力矩可以寫成: M=a(C0+ C1FP) + fFP (6) 這個式子也可以寫成:  從這些等式里,我們看到,如果參數(shù)C0、C1 、f和a測出的話,那么FA和FP就能定量地獲得,總的受阻力矩M也可以作為FP的函數(shù)測定 。 在旋轉鼓式初粘性測試儀上,如果我們往被測的貼在旋轉鼓上的壓敏粘帶表面上,抹上薄薄的一層滑石粉,那么實驗后獲得的只是MP。 實驗情況介紹 由于國內只有斜面滾球法裝置,目前還沒有斜槽滾球法 、旋轉鼓式初粘性測試儀和球形探針式初粘性測試儀 。我們在這里簡單介紹一下, Z.Miyagi 、N.Yamada 、N.Urahama和K.Yamamoto的工作。 (1) 實驗儀器: 旋轉鼓式初粘性測試儀和球形探針式初粘性測試儀 。 (2) 試樣情況見表3。 (3) 實驗結果見表4。 (4) 實驗結論:  (1) 滾球的受阻力矩M,膠粘力矩MA及將膠粘劑推開的反作用力矩MP與滾動速率有關 。它們隨滾動速率增加而增加,而當滾動速率超過某一極限時下降 。 (2) 初粘性實驗中,將膠粘劑從滾球前進道路上推開的反作力FP遠大于滾球的重力 。 (3) 當滾球直徑為11.1mm(14/32in)時,滾球的膠粘力矩占總的受阻力矩的平均比率為66.4%至78.3% 。  小 結 (1) 用斜面滾球法做初粘性試驗, 做起來很快,容易操作,只需要很少的設備投資,對操作熟練性的要求也不高, GB/T 4852-84《壓敏膠粘帶初粘性的測試方法(斜面滾球法)》已經(jīng)實施十幾年,取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。該試驗方法應主要供質量控制而用 。如果(一) 被測壓敏膠粘帶的膠粘劑層的厚度保持恒定;(二)膠粘劑與其背材的膠接不出問題;(三)背材的剛度不影響壓敏膠粘帶的粘貼 。那么斜面滾球法初粘性實驗可以具有良好的重復性,并且還能探測出生產中產品批與批之間的變化 。 (2) 斜面滾球法初粘性試驗方法,對探索膠粘劑本身的初粘性是有缺陷的 。 (3) 只按30°斜面進行初粘性測試, 由于滾球速率較快,有時不能得到滿意的測試結果 。我們實際測試中就曾碰到過這樣的情況,盡管試樣摸上去很粘(只用很小的壓力就能粘住) ,但由于其背材和膠粘層較厚,連最小號碼的滾球也不能粘住 。從而無法得出正確的測試結果。因此,在參照日本標準制訂的國家標準中忽略了“必要時,斜面的傾斜角可以從20°至40°變化”這一句話是有缺陷的 。今后修訂時,希望能彌補這一點 。 參考文獻 1.HG/T 2493-93《鞋用氯丁膠粘劑》 2.GB/T 4852-84《壓敏膠粘帶初粘性測試方法(斜面滾球法)》 3.JIS Z 0237-91 4.ASTM D3121-94 5.ASTM 《Testing and Eva luation》Vo l.25, No.1P23～27 |
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